La electrocinética de carga inducida en física es el flujo de fluido impulsado eléctricamente y el movimiento de partículas en un electrolito líquido . [2] Considere una partícula metálica (que tiene carga neutra pero es conductora de electricidad) en contacto con una solución acuosa en una cámara/canal. Si se aplican diferentes voltajes al final de esta cámara/canal, se generará un campo eléctrico en esta cámara/canal. Este campo eléctrico aplicado pasa a través de esta partícula metálica y hace que las cargas libres dentro de la partícula migren debajo de la piel de la partícula. Como resultado de esta migración, las cargas negativas se mueven al lado que está cerca del voltaje positivo (o superior) mientras que las cargas positivas se mueven al lado opuesto de la partícula. Estas cargas debajo de la piel de la partícula conductora atraen los contraiones de la solución acuosa; por lo tanto, la doble capa eléctrica (EDL) se forma alrededor de la partícula. El signo EDL en la superficie de la partícula conductora cambia de positivo a negativo y la distribución de las cargas varía a lo largo de la geometría de la partícula. Debido a estas variaciones, la EDL no es uniforme y tiene diferentes signos. Por lo tanto, el potencial zeta inducido alrededor de la partícula y, en consecuencia, la velocidad de deslizamiento en la superficie de la partícula, varían en función del campo eléctrico local. Las diferencias en la magnitud y la dirección de la velocidad de deslizamiento en la superficie de la partícula conductora afectan el patrón de flujo alrededor de esta partícula y causan micro vórtices. Yasaman Daghighi y Dongqing Li, por primera vez, ilustraron experimentalmente estos vórtices inducidos alrededor de una esfera de acero al carbono de 1,2 mm de diámetro bajo el campo eléctrico externo de corriente continua (CC) de 40 V/cm. [1] Chenhui Peng et al. [3] también mostraron experimentalmente los patrones de flujo electroosmótico alrededor de una esfera de Au cuando se aplica corriente alterna (CA) (E=10 mV/μm, f=1 kHz). La electrocinética aquí se refiere a una rama de la ciencia relacionada con el movimiento y la reacción de partículas cargadas al campo eléctrico aplicado y sus efectos en su entorno. A veces también se la denomina fenómeno electrocinético no lineal. [ cita requerida ]
Levich es uno de los pioneros en el campo electrocinético de carga inducida. [2] Calculó el perfil de deslizamiento perturbado alrededor de una partícula conductora en contacto con un electrolito. También predijo teóricamente que se inducían vórtices alrededor de esta partícula una vez que se aplicaba el campo eléctrico.
El tamaño y la fuerza de los vórtices inducidos alrededor de una partícula conductora tienen una relación directa con el campo eléctrico aplicado y también con el tamaño de la superficie conducida. Este fenómeno está comprobado experimental y numéricamente por varios estudios. [4] [5] [6] [7] Los vórtices crecen a medida que aumenta el campo eléctrico externo y generan "sumideros" [1] en el centro de cada vórtice mientras el fluido circula más rápido. Está demostrado que al aumentar el tamaño de la superficie conductora se forman vórtices inducidos más grandes hasta el punto de que la geometría no limita su crecimiento.
Los vórtices inducidos tienen muchas aplicaciones en diversos aspectos de la microfluídica electrocinética . Hay muchos micromezcladores que se diseñan y fabrican basándose en la existencia de sus vórtices inducidos en los dispositivos de microfluídica . Dichos micromezcladores que se utilizan para aplicaciones bioquímicas, médicas y biológicas no tienen partes mecánicas y solo utilizan superficies conductoras para generar vórtices inducidos para mezclar las diferentes corrientes de fluidos. [8] [9] [10] [11] [12]
Este fenómeno se utiliza incluso para atrapar partículas micrométricas y submicrométricas que flotan en el flujo dentro de un microcanal. Este método se puede utilizar para manipular, detectar, manejar y concentrar células y virus en el campo biomédico; o para el ensamblaje de partículas coloidales.
Además, los vórtices inducidos alrededor de las superficies conductoras en un sistema microfluídico se pueden utilizar como microválvula, microactuador, micromotor y microregulador para controlar la dirección y la manipulación.